Надежность работы контуров естественной циркуляции, страница 13

На формирование кризисов сильное влияние оказывают: физические свойства жидкости как функция давления; режим и скорость ее течения, недогрев жидкости до насыщения или массовое паросодержание. Основным фактором следует признать режим течения: пузырьковый и дисперсно-кольцевой. С ростом давления массовое паросодержание, отвечающее переходу от пузырькового к дисперсно-кольцевому, возрастает. Увеличение (pw) при p = const ведет к снижению х. С дальнейшим ростом х происходит переход к дисперсно-кольцевому режиму течения.

При дисперсно-кольцевом режиме поток состоит из тонкой пристенной пленю жидкости с центральным паровым стержнем, в котором распределены мелкие капелька влаги. Поверхность пленки возмущена волнами. С гребней этих волн срываются капли жидкости (механический унос). Кроме того, при интенсивном кипении происходит разбрызгивание капелек влаги при разрыве паровых пузырей. Одновременно может происходить осаждение отдельных капелек влаги из парового стержня на поверхность пленки.

Кризис теплоотдачи 1-го рода наблюдается при кипении недогретой до насыщения воды, а также при пароводяной смеси с малым х. Считается, что этот кризис связан с нарушением гидродинамической устойчивости пристенного слоя. Характерным параметром этого кризиса является критический удельный тепловой поток q_кр. На рис. 19 показана зависимость q_кр = f (x). Кризису 1-го рода соответствует большая часть участка I.

Кризис теплоотдачи 2-го рода наблюдается в условиях дисперсно-кольцевого режима течения. Кризис здесь происходит от испарения жидкой пленки и осушения стенки трубы. Интенсивность данного процесса характеризуется граничным массовым паросодержанием х_гр.

На рис. 19 (при р = 16 МПа) кривая имеет излом при х_гр, участок II. Значение х_гр зависит от давления, массовой скорости и диаметра трубы. Интенсивность орошения пленки капельками воды при малых массовых скоростях затягивает х_гр. Это происходит в зоне низких тепловых потоков (участок III на рис. 19).

При работе труб энергетических котлов с развитым пузырьковым кипением интенсивность теплообмена определяется интенсивностью обогрева и теплофизическими свойствами жидкости и пара на линии насыщения, следовательно, имеется зависимость от давления. Коэффициент теплоотдачи при кипении в большом объеме, в диапазоне давлений 0,6—18 МПа, определяют по эмпирической формуле НПО ЦКТИ

                                                                                                                    (1.49)

где qв кВт/м²; р в МПа.

Теплообмен в трубах котлов с естественной циркуляцией при кипении происходит с большой интенсивностью:  =30¸100 кВт/(м²×К) и поэтому температура стенки лишь немного (на 10—30°С) превышает температуру насыщения.

В агрегатах на СКД также возможны режимы с ухудшенным теплообменом в зоне максимальной теплоемкости (ЗМТ), где сильно изменяются теплофизические свойства нагреваемой среды. Эта область охватывает изменение энтальпий в пределах 1000—2500 кДж/кг. Коэффициент теплоотдачи от стенки к среде находится по формуле

                                         a₂ = a_н А,                                                       (1.50)

где  a_н — коэффициент теплоотдачи, определяемый по формуле

                                                                     (1.51)

в которой все физические константы отнесены к температуре потока          (Nu= ad / l_те; Re = wd / v; Pr = mc_p / l_те). Коэффициент А зависит от энтальпии потока и отношения q_вн / (rw). Значения А меняются в пределах 0,5—1,5. Уменьшение коэффициента А происходит при сниженных нагрузках, когда отношение q_вн / (rw) =0,9¸1,25; тогда А=0,7¸0,5 при iот 1600 до 2500 кДж/кг.

Зная коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среде a₂ и интенсивность наружного теплового потока, наибольшую для данного места , определяем расчетную температуру металла стенки трубы по формуле

                                            (1.52)

где  — температура среды; — коэффициент растечки, для экранов  m = 0,8¸0,95; — толщина стенки;  — теплопроводность металла стенки [при t_ст ~ 300¸500°С для хромомолибденовой стали l_ст ~0,04 кВт/(м×К)]. Для определения температуры наружной стенки трубы можно использовать ту же формулу (1.52), но в квадратных скобках перед поставить цифру 2.

Зная температуру и марку металла стенки трубы, определяют допускаемые напряжения по нормам расчета на прочность, их сравнивают с расчетными (см. гл. 23) и выясняют надежность работы поверхностей нагрева.